Um átomo de carbono une moléculas planas em 3D, em laboratório

Ser plano serve bem para uma folha de papel. Para muitas moléculas úteis, é um problema. Num estudo publicado na Nature, investigadores da Universidade de Osaka afirmam que um único átomo de carbono pode dar-lhes profundidade, unindo duas moléculas planas numa estrutura tridimensional num só passo.

As moléculas resultantes chamam-se espirociclos, nas quais dois anéis partilham apenas um átomo de carbono. As duas metades ficam em ângulo reto, como duas cartas de jogar encaixadas numa cruz, o que torna as estruturas rígidas e estáveis. Essa estabilidade explica a sua importância para células solares e outros materiais eletrónicos. A dificuldade está no carbono central, que tem de formar quatro ligações separadas num único ponto. Um átomo de carbono livre é extremamente instável, e os substitutos anteriores só conseguiam unir moléculas através das suas ligações duplas.

A equipa de Osaka, liderada por Hayato Fujimoto, optou por trabalhar com ligações simples carbono–carbono. Um catalisador de ródio cliva essas ligações em moléculas planas chamadas bifenilenos, enquanto o PINC, um reagente estável que funciona como um átomo de carbono «empacotado», introduz um carbono na lacuna. O resultado são quatro novas ligações carbono–carbono em redor de um único carbono central. Para verificar de onde vinha esse carbono, os investigadores marcaram o PINC com uma forma rastreável de carbono, e a marca acabou exclusivamente no centro da nova molécula. A reação também funcionou à escala do grama numa montagem de bancada corrente.

Para um químico, a característica mais útil pode ser o controlo. Segundo o autor sénior Mamoru Tobisu, ajustar a temperatura decide se o método une duas moléculas idênticas ou duas diferentes, o que abre caminho a estruturas 3D que, de outro modo, são difíceis de obter. A equipa refere também que o método tolera uma variedade de grupos químicos e pode associar um bifenileno a uma ligação dupla carbono–carbono.

O que muda é o ponto de partida. Os químicos que desenham novas moléculas funcionais podem partir de blocos de construção planos e simples e chegar a arquiteturas 3D complexas num só passo, com aplicações potenciais que vão dos materiais eletrónicos às células solares. O estudo é um resultado de laboratório, e os autores descrevem uma abordagem, não um produto. Não é indicado qualquer prazo para uso industrial, e o estudo não reporta quantidades de produção além da escala do grama.